全 文 ：第38卷 第6期 水 生 生 物 学 报 Vol. 38, No.6
2014 年 11 月 ACTA HYDROBIOLOGICA SINICA Nov. , 2 0 1 4

收稿日期: 2013-12-18; 修订日期: 2014-03-15
基金项目: 国家“863”项目(2013AA065805); 国家科技基础性工作专项(2012FY112900); 国家自然科学基金项目(31272680)资助
作者简介: 张虎(1988— ), 男, 河南信阳人; 硕士; 主要从事微藻生物技术研究。E-mail: zhanghu1900@sina.com
通信作者: 李夜光, E-mail: yeguang@wbgcas.cn

doi: 10.7541/2014.159
pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生长和产油的影响
张 虎1, 2 张桂艳1, 2 温小斌1, 2 耿亚洪1 李夜光1
(1. 中国科学院武汉植物园, 植物种质创新与特色农业重点实验室, 武汉 430074; 2. 中国科学院大学, 北京 100049)
摘要: 以一种生长快、油脂含量高的小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)为实验材料, 利用测定净光合放氧速率
的方法研究了 pH对其光合作用的影响; 使用改良的 BG-11培养基在微藻环形培养池模拟系统中进行分批培
养, 培养周期为 8d, 培养过程中使用 pH控制仪在线监测藻液的 pH, 根据 pH变化, 自动接通、关闭 CO2通
气管道, 将藻液 pH分别控制在 5.0—6.0, 7.0—8.0, 8.0—9.0, 9.0—10.0, 10.0—11.0内, 研究 pH对生长速率、
生物质面积产率、总脂含量和总脂面积产率的影响。主要结果如下 : 藻液 pH 对小球藻 Chlorella sp.
XQ-200419光合放氧、生长速率、生物质产率、总脂含量和产率都有显著影响, 适宜的 pH范围是 7.0—9.0,
在此范围内, 光合放氧、生长速率、生物质产率、总脂含量和产率均保持较高水平, 且 pH的影响不显著; pH
低于 7.0, 高于 9.0, 其光合放氧、生长速率、生物质产率、总脂含量和产率都显著降低。这表明 pH 对小球
藻 Chlorella sp. XQ-200419光合作用的影响和对生长、产油的影响是一致的。pH 7.0—8.0, 小球藻的生物质
平均面积产率和总脂平均面积产率都达到最大值, 分别是 8.9 g/(m2·d)和 2269.5 mg/(m2·d); 当藻液 pH 超过
10.0, 生物质平均面积产率和总脂平均面积产率分别降低 42.1%和 60.0%。适合于小球藻生长的 pH也有利于
其积累油脂 , 所以 , pH 对小球藻产油的影响是一种“适宜模式”, 而非“胁迫模式”。规模化培养小球藻
Chlorella sp. XQ-200419, 通过补充 CO2将藻液 pH控制在 7.0—9.0内, 可以获得高生物质产率和总脂产率。
研究结果反映出 pH对小球藻光合作用、生长和产油影响的规律, 也为规模化培养小球藻生产微藻油脂过程
中合理控制藻液 pH提供了依据。
关键词: 小球藻; 微藻生物柴油; pH; 光合作用; 生长; 产油
中图分类号: S968.4 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2014)06-1084-08

水体 pH 是水生微藻生态环境最重要的理化因
子之一。pH能改变微藻体内相关酶的结构状态和活
性, 决定培养液中碳源的存在形式以及各种金属复
合物的溶解性, 是影响藻细胞生长和生物质积累以
及次生代谢产物的重要因素[1—4]。同时, 藻类光合作
用吸收CO2和呼吸作用释放CO2也影响HCO3–- CO32–
缓冲体系的化学平衡移动, 从而影响培养基的 pH [5],
所以 pH 变化也可以作为预报藻类生长速度的一个
指标[6]。许多研究报道了 pH对微藻光合作用和生长的
影响, 不同的藻类有一定的 pH适应范围[7—10]。同时 ,
pH 对微藻产油的影响也已经受到了广泛的关注。
Santos 等[11]通过荧光显微镜观察证明了 Neochloris
oleoabundans 在高 pH 下积累油脂。王翠等[12]发现
偏碱性环境有利于小球藻积累油脂。杨勋等[13]发现
pH 9.5 和 pH 4.5时若夫小球藻(Chlorella zofingien-
sis)油脂质量分数略低于正常状况。吕梦梦等[14]提出
富油微藻培养过程中 pH 的分阶段调节路径从而兼
顾微藻生物质积累和油脂积累。pH不仅影响微藻的
生长 , 而且决定培养基中三种碳源形式 (CO2、
HCO3–、CO32–)的相互转化, 影响碳源利用效率[15]。
合理的控制藻液的 pH, 能够促进微藻快速生长并大
量积累油脂, 同时还能提高碳源利用效率, 降低生
产成本。
小球藻 (Chlorella sp. XQ-200419)是一株生长
6期 张 虎等: pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生长和产油的影响 1085

快、油脂含量高的藻株, 具有规模化培养的应用前
景[8]。张桂艳等[16]利用通气培养研究了 N、P、Fe3 +、
盐度、温度、光照强度对该小球藻生长和产油的影
响, 发现除了 N 源对产油的影响是一种“胁迫模式”
外, 其他因子对产油的影响都是“适宜模式”, 对优
化培养条件、促进油脂积累提供了指导。但是, 我
们还不清楚藻液 pH 对这株小球藻生长及油脂积累
有何影响。为了深入认识 pH 对微藻生长、产油影
响的规律, 本文以小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)
为实验材料, 系统研究了 pH对小球藻(Chlorella sp.
XQ-200419)生长、生物质单位面积产率、总脂含量
和总脂单位面积产率的影响。旨在掌握 pH 对小球
藻的生长和产油影响的规律, 为规模化生产中藻液
pH 的合理调控提供依据。
1 材料与方法
1.1 藻种及其培养
小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)由中国科学院
武汉植物园经济微藻藻种库提供。
采用 2 倍改良的 BG-11 培养基[16]。用 1L 三角
瓶培养小球藻(Chlorella sp. XQ-200419), 每瓶放藻
液 600 mL, 接种后放在水平摇床上培养 , 转速
110 r/min, 温度(24±1) , ℃ 光强 70 μmol/(m2s), 光暗
周期为 14h︰10h。
1.2 不同 pH 条件下光合放氧速率的测定
取对数生长期的小球藻 (Chlorella sp. XQ-
200419)藻液 , 向灭菌的 250 mL 三角瓶中放入
100 mL 藻液, 共 24 瓶, 分为 8 组, 每组 3 瓶(平行
样), 用NaOH和HCl将每组藻液的 pH 分别调至 6.5、
7.0、8.0、9.0、10.0、10.5、11.0。在弱光环境中放置
12h, 每隔 4h用NaOH和HCl调节藻液的 pH , 测定前
再一次将藻液调为设定的 pH。在光强为 600 μmol/
(m2s)、温度为 35.0℃的条件下, 测定小球藻在不同
pH 条件下的净光合放氧速率。通过计算单位时间
内溶解氧变化的平均值求得净光合放氧速率[7—9]。
净 光 合 放 氧 速 率 [μmolO2/(mgChl.ah)]=
DO 1000
32 Chl.a t
D ´
´ ´
。式中, Chl.a为叶绿素 a的浓度(mg/L);
DO为藻液中溶解氧浓度(mg/L)的变化, t为光合作用
反应时间(h)。
1.3 环形培养池模拟系统培养小球藻
环形培养池模拟系统的结构和技术参数见苗凤
萍等[17]的描述。
取对数生长期的小球藻藻液, 在 4000 r/min 离
心 10min, 采收藻细胞, 然后用 2 倍的改良 BG-11
培养基清洗采收的藻, 反复操作两次, 再将离心收
集的藻接种于 2 倍的改良 BG-11 培养基中, 放入环
形培养池模拟系统中培养。培养条件: 温度 30 , ℃
光照强度 300 μmol/(m2s), 光暗周期为 14h︰10h,
搅拌转速为 50 r/min。初始 A540值设为 0.5±0.005, 藻
液深度为 4 cm。记录藻液液面高度, 每天定时在藻
液中加入一定量的蒸馏水至原液面高度, 以补充挥
发掉的水分。每 24h测定一次 OD540值, 绘制生长曲
线、生长速率曲线、单位面积产率曲线。待藻液 OD540
不再明显增长, 离心收集环形培养池模拟系统中的
藻液, 真空干燥至恒重, 并测定小球藻的总脂含量。
重复实验 3次。
1.4 pH的设定和控制
pH 设定为: pH 6.0—7.0、pH 7.0—8.0、pH 8.0—
9.0、pH 9.0—10.0、pH 10.0—11.0。
pH 控制系统由 pH 传感器、pH 控制仪、CO2
钢瓶、管道、电磁阀、流量计组成。培养过程中, 伴
随小球藻旺盛的光合作用, 藻液的 pH 不断升高[18]。
当藻液 pH 达到设定的 pH 控制上限, pH 控制仪控
制电磁阀开启, 向藻液中通入 CO2。随着 CO2的不
断通入, 藻液 pH 降低, 当 pH 降低到设定的 pH 控
制下限, pH 控制仪控制电磁阀关闭, 停止充 CO2。
如此循环往复, 藻液的 pH 被控制在设定的范围内。
1.5 藻液吸光度的测定
用UV5800紫外可见分光光度计(上海元析), 在
波长为 540 nm、光径 1 cm 下测定藻液的吸光度
(A540)。每隔 24h, 取出约 3 mL藻液测定藻液的吸光
度, 重复测定 3次, 取平均值[19]。
1.6 叶绿素含量的测定
利用热乙醇萃取分光光度法[20]测定叶绿素 a的
含量。
1.7 生长速率的计算
生长速率计算公式:
2 1
2 1
lg OD lg OD
3.322
 t t
OD1和 OD2分别是两次取样时藻液 OD值, t1和
t2是对应的培养时间(天)。
1.8 生物质干重的测定
准确量取藻液体积, 用事先干燥并已称重的孔
1086 水 生 生 物 学 报 38卷

径为 0.45 μm 的玻璃纤维膜过滤收获藻细胞, 用蒸
馏水洗涤两次, 放入真空干燥器中干燥至恒重。根
据干藻重量和藻液体积计算出 1 L 藻液中的生物质
干重(g/L)。
1.9 生物质平均面积产率的计算
Pm= B×V/M·T
Pm是小球藻平均面积产率(g/m2·d), B是培养结
束时小球藻的生物质干重与接种时生物质干重之差
(g/L), M是反应器的有效培养面积(m2), T是培养时
间(d), V是藻液体积(L)。
1.10 总脂含量定量分析
采用超声波辅助正己烷-乙酸乙酯提取法[16, 21]。
1.11 总脂平均面积产率的计算
PTP=CTP×Pm
PTP是总脂平均面积产率(g/m2·d), CTP是培养结
束时小球藻的总脂含量。
1.12 数据处理
数据采用 Microsoft Excel 2007 和 SPSS 17.0
进行统计分析、作图等。
2 结果
2.1 pH对小球藻光合放氧速率的影响
在 pH 6.5—7.0 内, 小球藻净光合放氧速率随
pH的增加呈上升趋势; pH 7.0时, 其净光合放氧速
率达到最大值; pH 7.0—9.0, 随着 pH 的升高, 净光
合放氧速率呈下降趋势, 但变化不大; pH 超过 9.0,
随着 pH 的进一步升高, 净光合放氧速率快速下降
(图 1)。数据表明, 小球藻适宜生长在中性偏碱的环
境中, 在 pH 7.0—9.0内其净光合放氧速率均保持在
较高的水平。

图 1 Chlorella sp. XQ-200419净光合放氧速率与 pH的关系
Fig. 1 Photosynthesis of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH
2.2 pH对小球藻生长的影响
小球藻在 pH 6.0—7.0、pH 7.0—8.0的 OD值变
化几乎一致; pH 8.0—9.0时小球藻在接种后第 2、第
3天的 OD值略低于 pH 6.0—7.0、pH 7.0—8.0时的
OD值, 但是从第 4天开始赶上前两组的 OD值。pH
9.0—10.0、pH 10.0—11.0两组, 小球藻从接种后第
1天的 OD值就明显低于前三组 OD值(P<0.01), 培养
过程中从未赶上前三组的 OD 值。pH 10.0—11.0, 小
球藻接种后 OD值增长缓慢, 一直低于前四组(图 2)。

图 2 Chlorella sp. XQ-200419在不同 pH条件下的生长曲线
Fig. 2 Growth curves of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

在 pH 6.0—7.0、7.0—8.0、8.0—9.0时小球藻在
接种后第 1 天均能快速生长, 第 2 天生长速率开始
减缓 , 三组间的生长速率没有明显差异 (P>0.05);
当 pH 升高至 9.0—10.0 时, 小球藻在接种后第 1 天
的生长速率较前三组明显减缓(P<0.01), 第 2天的生
长速率与前三组的生长速率接近; pH 为 10.0—11.0
时, 小球藻第 1天和第 2天生长很慢, 第 3天生长速
率才达到最大值, 但是, 其最大生长速率明显低于
前四组。pH 9.0是一个分界点, pH 低于 9.0, 小球藻
很快进入快速生长状态; pH 高于 9.0, 小球藻就需
要一段时间适应高 pH 环境, pH 越高, 适应环境需
要的时间越长(图 3)。
2.3 pH对小球藻生物质产率的影响
小球藻的生物质平均面积产率在 pH 7.0—8.0
时最大 , pH 8.0—9.0 时的生物质干重次之 , pH
6.0—7.0 时生物质干重比前两组更低 , 三组间差
异明显(P<0.01); 当 pH高于 9.0时 , 小球藻的生物
质 干 重 明 显 低 于 前 三 组 (P<0.01), 其 中
pH10.0—11.0 比 pH9.0—10.0 时生物质干重更低。
数据表明 pH7.0—8.0 最有利于小球藻生物质的积
累(图 4)。
6期 张 虎等: pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生长和产油的影响 1087


图 3 不同 pH条件下培养 Chlorella sp. XQ-200419生长速率随
培养时间的变化
Fig. 3 The growth rate of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

图 4 Chlorella sp. XQ-200419在不同 pH下的单位面积的生物
质产率
Fig. 4 Average areal biomass productivity of Chlorella sp. XQ-
200419 in different pH

2.4 pH对小球藻总脂含量的影响
小球藻在 pH 6.0—7.0、7.0—8.0、8.0—9.0时总
脂含量都较高 , 三组间差异不显著(P>0.05), 但是 ,
均极显著高于 pH 为 9.0—10.0、10.0—11.0 时小球
藻的总脂含量(P<0.01)。pH 为 10.0—11.0 时小球藻
总脂含量最低, 与 pH 9.0—10.0 时总脂含量相比较
差异也极显著(P<0.01)(图 5)。这表明 pH 6.0—9.0范
围内, 小球藻均可以达到较高的总脂含量, 而更高
的 pH环境则不利于小球藻积累油脂。
pH 7.0—8.0时小球藻的总脂平均面积产率最高;
pH 8.0—9.0时次之; pH 6.0—7.0时更低; pH 9.0—
10.0、10.0—11.0的小球藻的总脂平均面积产率显著
降低 (P<0.01), 两组间差异也很显著 (P<0.01); pH
7.0—8.0 最有利于小球藻生物质和油脂的积累, 因
而, 在这个 pH 范围小球藻获得了最高的总脂平均
面积产率(图 6)。

图 5 不同 pH培养 Chlorella sp. XQ-200419的总脂含量
Fig. 5 Total lipid content of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

图 6 Chlorella sp. XQ-200419在不同 pH下的总脂平均面积产率
Fig. 6 Average areal lipid productivity of Chlorella sp. XQ-
200419 in different pH
3 讨论
pH是藻类生长环境的重要理化指标之一, 许多
研究报道了 pH 对微藻光合作用、生长及代谢产物
的影响。不同的藻类生长的最佳 pH 不同, 偏离最
佳 pH , 微藻生长和体内有关代谢活动会受到抑制。
如钝顶螺旋藻(Spirulina Platensis)生长的最适 pH为
9.0—9.6, 偏离此值时 , 藻体生长变慢 , 而且高
pH(超过 10.5)还影响藻细胞的形态[22]。新月菱形藻
(Nitzschia Closterium)最适生长的 pH为 6.5, 在此 pH
下, 藻体的 EPA含量也最高[23]。Yongmanitchal等[24]
研究发现当初始 pH 在 6.4—8.4 时三角褐指藻(P.
tricornutum)均能很好的生长, 但只有当初始 pH 为
7.6 时 EPA 在总酯中含量才最高。王子敬等[25]研究
发现小球藻 USTB-01 在 pH 7.0 条件下小球藻生
长最好而且有利于蛋白质的合成; 随着 pH从 6.5增
加到 7.0时, 小球藻 USTB-01蛋白质含量从 19.17%
增加到 23.19%, 但 pH 进一步增加时, 蛋白含量却
1088 水 生 生 物 学 报 38卷

下降。还有研究报道了培养体系 pH 的改变可以影
响小球藻细胞内 pH, 因此可以通过改变培养体系的
pH 从而影响细胞内的酸碱平衡来控制小球藻细胞
的生长和繁殖[26]。徐年军等[27]发现在起始 pH 8.5时
后棘藻(Ellipsoidion sp.)有最大的生长速率和最高的
总脂含量, 而 EPA和 PUFA在起始 pH 7.5时含量最
大, 分别占脂肪酸的 18.77%和 23.38%。可见, pH是
影响微藻生长和代谢的重要因子之一。
在培养过程中, 藻液的 pH不是稳定的, 而是随
着微藻的生长、代谢一直处于变化中。受实验条件
等限制, 以前的报道大多集中在研究藻液的起始或
收获时的 pH 对微藻生长和代谢的影响[13, 24, 27], 而
没有在培养微藻的过程中将 pH 恒定在一定的范围
内研究 pH对微藻的影响。此外, 在调节藻液 pH 时
大多采用强酸和强碱, 例如氢氧化钠和盐酸, 而没
有使用经济的、在微藻规模化培养中普遍使用的
CO2。本研究使用 pH 控制仪在线监测藻液 pH, 根
据 pH 变化, 控制 CO2的供给与否, 将 pH一直控制
在设定的范围, 更能准确反映 pH对微藻的影响。
由微藻培养液的化学特性所决定, 在微藻培养
过程中, 碳源的变化和 pH 变化一直处于相互响应,
相互影响的状态中, 这种关系可以表示为: 光合作
用消耗 CO2→培养液中 CO2 浓度减小→CO2,
3HCO
 , 23CO
 相互转化 , 化学平衡移动→pH 升高;
向培养液中添加 CO2→培养液中 CO2 浓度增大
→CO2, 3HCO , 23CO 相互转化, 化学平衡移动→pH
降低[28]。这正是通过控制 CO2 补给可以将藻液 pH
恒定在设定范围内的原理。在本研究中, 基于以上
原理的 pH 控制方法的稳定性和可靠性得到很好的
证明。
如果使用酸、碱控制 pH, 虽然 pH 处于设定范
围内 , 但是 , 由于光合作用不断消耗碳源 , 藻液中
可供利用的碳源浓度并不稳定。与酸、碱控制 pH 的
方法相比, 通过控制 CO2补给恒定藻液 pH 的方法
有一个优点: 在培养过程中, 不仅 pH被恒定在设定
的范围内, 由于不断地补充 CO2, 藻液的碳源总浓
度也在与 pH对应的范围内波动, 即 pH和碳源总浓
度均处于设定的范围内。
从 pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合放
氧速率的影响看, 在 pH 6.5—7.0范围内, 小球藻净
光合放氧速率随 pH 的增加呈上升趋势 , 在
pH7.0—9.0 的范围内其净光合放氧速率变化不大 ,
均保持在较高的水平; pH 低于 7.0, 高于 9.0, 光合
放氧速率明显降低。从 pH 对生长和产油的影响来
看, 在 pH 7.0—9.0小球藻生长速率与油脂含量没有
显著的差异, 说明小球藻在 pH为 7.0—9.0的环境下
均能很好的生长和积累油脂; pH低于 7.0, 高于 9.0,
小球藻生长速率和总脂含量、产率均显著下降。很
显然, pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合作
用的影响和对生长、产油的影响是一致的。
光合作用特征是微藻最基本、最重要的生理生态
特征, 光合作用特性的研究已被用于藻种筛选[8, 9]、
蓝藻水华发生机理[7]和赤潮发生机理[29, 30]的研究。
研究表明, 通过研究微藻光合作用对主要理化因子
变化的响应, 可以掌握其生长繁殖对理化因子的要
求以及对这些理化因子变化的适应性[30]。本研究进
一步表明重要理化因子—pH 对于微藻光合作用的
影响不仅与对其生长的影响是一致的, 而且与对其
总脂产率的影响也是一致的, 这一结果启发我们思
考: 有利于光合作用的条件也有利于其油脂的积累,
这中间的联系环节是什么？能否通过调节产油微藻
的光合作用促进其油脂的积累？这些问题值得深入
研究。
在 pH7.0—8.0, 小球藻的生物质平均面积产率
和总脂平均面积产率都达到最大值, 分别为 8.9 和
2269.5 mg/(m2·d)。当藻液 pH 超过 10.0, 生物质平
均面积产率和总脂平均面积产率都大幅度降低 ,
与最高值相比 , 分别降低 42.1%和 60.0%。可见 ,
为了获得高产率必须将藻液 pH 控制在适宜的范
围内。
张桂艳等[16]发现, 理化因子对生长和油脂含量
的影响分为两种模式: (1) 温度、光强、铁浓度和盐
度的影响表现为在适宜生长的条件下油脂含量提高,
这种模式称为“适宜模式”; (2) 氮浓度的影响表现为
在不利于生长的条件下油脂含量提高, 这种模式称
为“胁迫模式”。在适宜模式中, 理化因子对油脂含
量、产量的影响是一致的: 利于生长的条件既提高
油脂含量也提高油脂产量。在胁迫模式中, 理化因
子对油脂含量、产量的影响是不一致的: 不利于生
长的条件提高油脂含量但是降低油脂产量。本研究
结果表明, pH 7.0—8.0, 小球藻的生物质产率最高;
pH 8.0—9.0, 其总脂含量略高于 pH 7.0—8.0, 但是
差异不显著; pH 7.0—8.0, 总脂产率最高。很显然,
适合于小球藻生长的 pH 也有利于其积累油脂, 所
以, pH 对小球藻产油的影响是一种“适宜模式”。本
6期 张 虎等: pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生长和产油的影响 1089

文通过研究 pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光
合作用、生长和产油的影响, 发现藻液 pH对小球藻
Chlorella sp. XQ-200419光合放氧、生长速率、生物
质产率、总脂含量和产率都有显著影响, 最适 pH是
7.0—8.0, 适宜的 pH是 7.0—9.0, pH低于 7.0, 高于
9.0, 其光合放氧、生长速率、生物质产率、总脂含
量和产率都显著降低; 规模化培养小球藻 Chlorella
sp. XQ-200419, 通过补充 CO2 将藻液 pH 控制在
7.0—9.0 范围内, 可以获得最高的生物质产率和总
脂产率; pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合
作用的影响和对生长、产油的影响是一致的; 适合
于小球藻生长的 pH 也有利于其积累油脂, pH 对小
球藻产油的影响是一种“适宜模式”。本研究为规模
化培养小球藻 Chlorella sp. XQ-200419合理调节藻
液 pH提供了理论依据。
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6期 张 虎等: pH对小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生长和产油的影响 1091

EFFECTS OF PH ON THE PHOTOSYNTHESIS, GROWTH AND LIPID
PRODUCTION OF CHLORELLA SP. XQ-200419
ZHANG Hu1, 2, ZHANG Gui-Yan1, 2, WEN Xiao-Bin1, 2, GENG Ya-Hong1 and LI Ye-Guang1
(1. Key Laboratory of Plant Germplasm Enhancement and Speciality Agriculture, Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of
Sciences, Wuhan 430074, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: Chlorella sp. XQ-200419 is a lipid-rich strain with potential application in microalgal biodiesel. To study the
effects of pH on the growth rate, areal biomass productivity, total lipid content, and areal lipid productivity of Chlorella
sp. XQ-200419, the batch culture was conducted for 8 days with modified BG-11 medium in a pH range of 5.0—6.0, 7.0
—8.0, 8.0—9.0, 9.0—10.0, 10.0—11.0, which was monitored by a on-line pH controller in a self–designed photo bio-
reactor that mimics the open circular pond. We observed that pH significantly regulated the photosynthesis, growth rate,
areal biomass productivity, total lipid content and areal lipid productivity of Chlorella sp. XQ-200419 the pH range of
7.0—9.0 was the best condition for culturing Chlorella sp. XQ-200419 and no significant difference was existed in the
pH from 7.0 to 9.0. Both pH values below 7.0 and above 9.0 significantly reduced the photosynthesis, growth rate, areal
biomass productivity, total lipid content and areal lipid productivity compared with pH range of 7.0—9.0. The photo-
synthesis was consistent with the growth and lipid production of Chlorella sp. XQ-200419 at all pH conditions.
Chlorella sp. XQ-200419 achieved the peak average areal biomass productivity [8.9 g/(m2·d)] and the maximal average
areal lipid productivity [2269.5 mg/(m2·d)] in pH 7.0—8.0. The average areal biomass productivity and average areal
lipid productivity decreased by 42.1% and 60% at the pH range of 10.0—11.0, respectively. Both the growth and lipid
production were enhanced under suitable pH range, indicating that the effects of pH on the lipid production of Chlorella
sp. XQ-200419 was a kind of “fitting mode” not “stress mode”. The current study not only evaluated the effects of pH
on the photosynthesis, growth and lipid production of Chlorella sp. XQ-200419, but also provided a basis for controlling
of proper pH in mass culture of Chlorella for algal lipid production.

Key words: Chlorella; Microalgal biodiesel; pH; Photosynthesis; Growth; Lipid production